تمت الموافقة على شبكة LTE مؤخرًا من قبل اتحاد 3GPP. باستخدام مثل هذا السطح البيني الهوائي ، من الممكن الحصول على شبكة ذات أداء غير مسبوق من حيث معدل نقل البيانات الأقصى ، وتأخير إعادة توجيه الحزمة ، والكفاءة الطيفية. يقول المؤلفون إن إطلاق شبكة LTE يسمح باستخدام أكثر مرونة للطيف الراديوي ، وتكنولوجيا الهوائيات المتعددة ، وتكييف القنوات ، وآليات الجدولة ، وتنظيم إعادة إرسال البيانات والتحكم في الطاقة.
باكستوري
أصبح النطاق العريض للأجهزة المحمولة ، الذي يعتمد على تقنية حزم البيانات عالية السرعة HSPA ، مقبولاً بالفعل على نطاق واسع من قبل مستخدمي الشبكة الخلوية. ومع ذلك ، من الضروري زيادة تحسين خدمتهم ، على سبيل المثال ، استخدام زيادة في سرعة نقل البيانات ، وتقليل وقت التأخير ، فضلاً عن زيادة سعة الشبكة الإجمالية ، نظرًا لمتطلبات المستخدمين إلىخدمات مثل هذه الاتصالات تتزايد باستمرار. لهذا الغرض ، تم تحديد مواصفات HSPA Evolution و LTE من قبل اتحاد 3GPP.
الاختلافات الرئيسية عن الإصدارات السابقة
تختلف شبكة LTE عن نظام 3G المطور سابقًا من خلال الخصائص التقنية المحسنة ، بما في ذلك الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات لأكثر من 300 ميغا بت في الثانية ، ولا يتجاوز تأخير إعادة توجيه الحزمة 10 مللي ثانية ، وأصبحت الكفاءة الطيفية أعلى بكثير. يمكن تنفيذ إنشاء شبكات LTE في نطاقات التردد الجديدة والمشغلين الحاليين.
يتم وضع هذا السطح البيني الراديوي كحل ينتقل إليه المشغلون تدريجياً من أنظمة المعايير الموجودة حاليًا ، وهي 3GPP و 3GPP2. ويعد تطوير هذه الواجهة مرحلة مهمة إلى حد ما في طريق تشكيل معيار شبكة IMT-Advanced 4G ، أي جيل جديد. في الواقع ، تحتوي مواصفات LTE بالفعل على معظم الميزات التي كانت مخصصة في الأصل لأنظمة 4G.
مبدأ تنظيم واجهة الراديو
للاتصالات الراديوية خاصية مميزة وهي أن جودة القناة الراديوية ليست ثابتة في الزمان والمكان بل تعتمد على التردد. من الضروري هنا أن نقول إن معلمات الاتصال تتغير بسرعة نسبيًا نتيجة انتشار الموجات الراديوية متعدد المسارات. من أجل الحفاظ على معدل ثابت لتبادل المعلومات عبر القناة الراديوية ، عادة ما يتم استخدام عدد من الطرق للتقليلتغييرات مماثلة ، وهي طرق تنوع الإرسال المختلفة. في الوقت نفسه ، أثناء عملية إرسال حزم المعلومات ، لا يمكن للمستخدمين دائمًا ملاحظة التقلبات قصيرة المدى في معدل البت. يفترض وضع شبكة LTE كمبدأ أساسي للوصول إلى الراديو ليس لتقليل ، ولكن لتطبيق تغييرات سريعة في جودة قناة الراديو من أجل ضمان الاستخدام الأكثر كفاءة لموارد الراديو المتاحة في أي وقت معين. يتم تنفيذ ذلك في مجالات التردد والوقت من خلال تقنية الوصول إلى الراديو OFDM.
جهاز شبكة LTE
ما هو نوع النظام الذي لا يمكن فهمه إلا من خلال فهم كيفية تنظيمه. وهو يعتمد على تقنية OFDM التقليدية ، التي تتضمن إرسال البيانات عبر العديد من الموجات الحاملة الفرعية ضيقة النطاق. يتيح استخدام الأخير جنبًا إلى جنب مع بادئة دورية جعل الاتصال القائم على OFDM مقاومًا للتشتت الزمني لمعلمات القناة الراديوية ، كما أنه يجعل من الممكن عمليًا التخلص من الحاجة إلى معادلات معقدة على جانب الاستقبال. تبين أن هذا الظرف مفيد جدًا في تنظيم الوصلة الهابطة ، لأنه في هذه الحالة يمكن تبسيط معالجة الإشارات بواسطة جهاز الاستقبال عند التردد الرئيسي ، مما يجعل من الممكن تقليل تكلفة الجهاز الطرفي نفسه أيضًا. كالطاقة التي يستهلكها. ويصبح هذا مهمًا بشكل خاص عند استخدام شبكة 4G LTE مع البث المتعدد.
الوصلة الصاعدة ، حيث تكون القدرة المشعة أقل بكثير من الوصلة الهابطة ، تتطلب التضمين الإلزامي في العملطريقة موفرة للطاقة لنقل المعلومات لزيادة مساحة التغطية ، وتقليل استهلاك الطاقة لجهاز الاستقبال ، فضلاً عن تكلفته. أدت الدراسات التي تم إجراؤها إلى حقيقة أنه بالنسبة للوصلة الصاعدة LTE ، يتم استخدام تقنية أحادية التردد لبث المعلومات في شكل OFDM مع تشتت يتوافق مع قانون تحويل فورييه المنفصل. يوفر هذا الحل نسبة أقل من متوسط ومستويات الطاقة القصوى مقارنة بالتعديل التقليدي ، مما يحسن كفاءة الطاقة ويبسط تصميم الأجهزة الطرفية.
يمكن إظهار المورد الأساسي المستخدم في نقل المعلومات وفقًا لتكنولوجيا ODFM كشبكة تردد زمني تتوافق مع مجموعة رموز OFDM والموجات الحاملة الفرعية في مجالات الوقت والتردد. يفترض وضع شبكة LTE أنه يتم استخدام كتلتين من الموارد هنا كعنصر رئيسي لنقل البيانات ، والتي تتوافق مع نطاق تردد يبلغ 180 كيلوهرتز وفاصل زمني واحد مللي ثانية. يمكن تحقيق مجموعة واسعة من معدلات البيانات من خلال الجمع بين موارد التردد ، وإعداد معلمات الاتصال بما في ذلك معدل الشفرة واختيار ترتيب التشكيل.
المواصفات
إذا أخذنا في الاعتبار شبكات LTE ، فسوف يتضح بعد تفسيرات معينة. من أجل تحقيق الأهداف العالية المحددة للواجهة الراديوية لمثل هذه الشبكة ، نظم مطوروها عددًا من الأهمية إلى حد مالحظات ووظائف. سيتم وصف كل منها أدناه ، مع إشارة تفصيلية لكيفية تأثيرها على المؤشرات المهمة مثل سعة الشبكة والتغطية الراديوية ووقت التأخير ومعدل نقل البيانات.
المرونة في استخدام الطيف الراديوي
المعايير التشريعية التي تعمل في منطقة جغرافية معينة تؤثر على كيفية تنظيم الاتصالات المتنقلة. أي أنهم يصفون الطيف الراديوي المخصص في نطاقات تردد مختلفة بواسطة نطاقات غير مقترنة أو مقترنة بعرض مختلف. تعد مرونة الاستخدام من أهم مزايا الطيف الراديوي LTE ، مما يسمح باستخدامه في مواقف مختلفة. لا تسمح بنية شبكة LTE بالعمل في نطاقات تردد مختلفة فحسب ، بل تتيح أيضًا استخدام نطاقات تردد ذات عروض مختلفة: من 1.25 إلى 20 ميغا هرتز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعمل مثل هذا النظام في نطاقات تردد غير مزدوجة ومزدوجة ، مما يدعم الوقت والتردد المزدوج على التوالي.
إذا تحدثنا عن الأجهزة الطرفية ، فعند استخدام نطاقات التردد المقترنة ، يمكن للجهاز أن يعمل في وضع مزدوج كامل أو نصف مزدوج. يعتبر الوضع الثاني ، الذي يستقبل فيه الجهاز الطرفي البيانات وينقلها في أوقات مختلفة وترددات مختلفة ، جذابًا من حيث أنه يقلل بشكل كبير من متطلبات خصائص مرشح الإرسال المزدوج. بفضل هذا ، من الممكن تقليل تكلفة الأجهزة الطرفية. بالإضافة إلى ذلك ، يصبح من الممكن إدخال نطاقات تردد متزاوجة مع تباعد منخفض للإرسال على الوجهين. اتضح أن الشبكاتيمكن تنظيم اتصالات LTE المحمولة في أي توزيع للطيف الترددي تقريبًا.
التحدي الوحيد في تطوير تقنية الوصول إلى الراديو التي تتيح الاستخدام المرن للطيف الراديوي هو جعل أجهزة الاتصال متوافقة. تحقيقا لهذه الغاية ، تنفذ تقنية LTE بنية إطار متطابقة في حالة استخدام نطاقات تردد ذات عروض مختلفة وأنماط مزدوجة مختلفة.
نقل البيانات متعدد الهوائيات
يسمح استخدام البث متعدد الهوائيات في أنظمة الاتصالات المتنقلة بتحسين خصائصها التقنية ، فضلاً عن توسيع قدراتها فيما يتعلق بخدمة المشتركين. تتضمن تغطية شبكة LTE استخدام طريقتين للإرسال متعدد الهوائيات: التنوع وتعدد الدفق ، كحالة خاصة هي تشكيل حزمة راديوية ضيقة. يمكن التفكير في التنوع على أنه وسيلة لموازنة مستوى الإشارة التي تأتي من هوائيين ، مما يتيح لك التخلص من الانخفاضات العميقة في مستوى الإشارات التي يتم استقبالها من كل هوائي على حدة.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على شبكة LTE: ما هي وكيف تستخدم كل هذه الأوضاع؟ يعتمد تنوع الإرسال هنا على طريقة تشفير الترددات الفضائية لفدرات البيانات ، والتي تُستكمل بالتنوع الزمني مع إزاحة التردد عند استخدام أربعة هوائيات في نفس الوقت. يستخدم التنوع عادةً على الوصلات الهابطة الشائعة حيث لا يمكن تطبيق وظيفة الجدولة بناءً على حالة الارتباط. حيثيمكن استخدام تنوع الإرسال لإرسال بيانات المستخدم ، مثل نقل VoIP. نظرًا للكثافة المنخفضة نسبيًا لحركة المرور هذه ، لا يمكن تبرير النفقات العامة الإضافية المرتبطة بوظيفة الجدولة المذكورة سابقًا. مع تنوع البيانات ، من الممكن زيادة نصف قطر الخلايا وقدرة الشبكة.
يتضمن الإرسال متعدد البث من أجل الإرسال المتزامن لعدد من تدفقات المعلومات عبر قناة راديو واحدة استخدام عدة هوائيات استقبال وإرسال موجودة في الجهاز الطرفي ومحطة الشبكة الأساسية ، على التوالي. هذا يزيد بشكل كبير من السرعة القصوى لنقل البيانات. على سبيل المثال ، إذا كان الجهاز الطرفي مزودًا بأربعة هوائيات وكان هذا الرقم متاحًا في المحطة الأساسية ، فمن الممكن تمامًا إرسال ما يصل إلى أربعة تدفقات بيانات في وقت واحد عبر قناة راديو واحدة ، مما يجعل من الممكن في الواقع مضاعفة إنتاجيته أربع مرات
إذا كنت تستخدم شبكة ذات عبء عمل صغير أو خلايا صغيرة ، فبفضل التدفق المتعدد ، يمكنك تحقيق إنتاجية عالية بما يكفي لقنوات الراديو ، وكذلك استخدام موارد الراديو بكفاءة. إذا كانت هناك خلايا كبيرة ودرجة تحميل عالية ، فلن تسمح جودة القناة بالإرسال المتعدد. في هذه الحالة ، يمكن تحسين جودة الإشارة باستخدام هوائيات إرسال متعددة لتشكيل حزمة ضيقة لنقل البيانات في دفق واحد.
إذا نظرناشبكة LTE - ما يمنحها ذلك لتحقيق كفاءة أكبر - إذن فمن الجدير أن نستنتج أنه بالنسبة للعمل عالي الجودة في ظل ظروف التشغيل المختلفة ، تنفذ هذه التقنية الإرسال متعدد الدفق التكيفي ، والذي يسمح لك باستمرار بضبط عدد التدفقات المرسلة في وقت واحد ، وفقًا لتوصيلات حالة القناة المتغيرة باستمرار. مع ظروف الارتباط الجيدة ، يمكن إرسال ما يصل إلى أربعة تدفقات بيانات في وقت واحد ، مما يحقق معدلات إرسال تصل إلى 300 ميجابت في الثانية مع عرض نطاق ترددي قدره 20 ميغا هرتز.
إذا كانت حالة القناة غير مواتية ، فسيتم الإرسال بواسطة تدفقات أقل. في هذه الحالة ، يمكن استخدام الهوائيات لتشكيل حزمة ضيقة ، مما يؤدي إلى تحسين جودة الاستقبال الإجمالية ، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة سعة النظام وتوسيع منطقة الخدمة. لتوفير مناطق تغطية لاسلكية كبيرة أو نقل البيانات بسرعة عالية ، يمكنك إرسال دفق بيانات واحد بحزمة ضيقة أو استخدام تنوع البيانات على القنوات المشتركة.
آلية تكييف وارسال قناة الاتصال
يفترض مبدأ تشغيل شبكات LTE أن الجدولة تعني توزيع موارد الشبكة بين المستخدمين لنقل البيانات. يوفر هذا جدولة ديناميكية في قنوات المصب والمصب. يتم تكوين شبكات LTE في روسيا حاليًا بطريقة تحقق التوازن بين قنوات الاتصال والشكل العامالأداء العام للنظام.
تفترض واجهة راديو LTE تنفيذ وظيفة الجدولة اعتمادًا على حالة قناة الاتصال. يوفر نقل البيانات بسرعات عالية ، والذي يتم تحقيقه من خلال استخدام التشكيل عالي الترتيب ، ونقل تدفقات المعلومات الإضافية ، وانخفاض درجة تشفير القناة ، وانخفاض عدد عمليات إعادة الإرسال. لهذا الغرض ، يتم استخدام موارد التردد والوقت ، والتي تتميز بظروف اتصال جيدة نسبيًا. اتضح أن نقل أي كمية معينة من البيانات يتم في فترة زمنية أقصر.
شبكات LTE في روسيا ، كما هو الحال في البلدان الأخرى ، مبنية بطريقة تجعل مرور الخدمات المشغولة بإعادة توجيه الحزم مع حمولة صغيرة بعد الفواصل الزمنية نفسها قد يستلزم زيادة في كمية إشارات المرور ما هو مطلوب للجدولة الديناميكية. بل إنه قد يتجاوز كمية المعلومات التي يبثها المستخدم. هذا هو السبب في وجود شيء مثل الجدولة الثابتة لشبكة LTE. ما هذا ، سوف يتضح إذا قلنا أن المستخدم قد تم تخصيص مورد RF مصمم لإرسال عدد معين من الإطارات الفرعية.
بفضل آليات التكيف ، من الممكن "إخراج كل شيء ممكن" من قناة بجودة ارتباط ديناميكي. يسمح لك بتحديد مخطط ترميز وتعديل للقناة وفقًا لظروف الاتصال التي تتميز بها شبكات LTE. سيتضح هذا إذا قلنا أن عمله يؤثرعلى سرعة نقل البيانات ، وكذلك على احتمال حدوث أي أخطاء في القناة.
قوة وتنظيم الإرسال
يتعلق هذا الجانب بالتحكم في مستوى الطاقة المنبعثة من المحطات لزيادة سعة الشبكة ، وتحسين جودة الاتصال ، وجعل منطقة التغطية الراديوية أكبر ، وتقليل استهلاك الطاقة. لتحقيق هذه الأهداف ، تسعى آليات التحكم في الطاقة إلى تعظيم مستوى الإشارة الواردة المفيدة مع تقليل التداخل اللاسلكي.
تفترض شبكات LTE من Beeline والمشغلين الآخرين أن إشارات الوصلة الصاعدة تظل متعامدة ، أي أنه لا ينبغي أن يكون هناك تداخل لاسلكي متبادل بين مستخدمي نفس الخلية ، على الأقل لظروف الاتصال المثالية. يعتمد مستوى التداخل الذي ينشئه مستخدمو الخلايا المجاورة على مكان وجود الطرف الباعث ، أي على كيفية توهين إشارته في الطريق إلى الخلية. شبكة Megafon LTE مرتبة بنفس الطريقة تمامًا. سيكون من الصحيح قول هذا: كلما اقتربت المحطة الطرفية من خلية مجاورة ، ارتفع مستوى التداخل الذي يحدثه فيها. المحطات الطرفية البعيدة عن الخلية المجاورة قادرة على إرسال إشارات أقوى من المحطات القريبة منها.
بسبب تعامد الإشارات ، يمكن للوصلة الصاعدة أن تضاعف الإشارات من محطات ذات قوى مختلفة في قناة واحدة على نفس الخلية. هذا يعني أنه ليست هناك حاجة للتعويض عن ارتفاعات مستوى الإشارة ،والتي تنشأ بسبب الانتشار متعدد المسارات لموجات الراديو ، ويمكن استخدامها لزيادة سرعة نقل البيانات باستخدام آليات التكيف وجدولة قنوات الاتصال.
مرحلات البيانات
لا يُعد أي نظام اتصال تقريبًا وشبكات LTE في أوكرانيا استثناءً ، فمن وقت لآخر يرتكب أخطاء في عملية نقل البيانات ، على سبيل المثال ، بسبب تلاشي الإشارة أو التداخل أو الضوضاء. يتم توفير الحماية من الأخطاء من خلال طرق إعادة إرسال المعلومات المفقودة أو التالفة ، المصممة لضمان اتصالات عالية الجودة. يتم استخدام المورد الراديوي بشكل أكثر منطقية إذا تم تنظيم بروتوكول ترحيل البيانات بكفاءة. من أجل تحقيق أقصى استفادة من واجهة الهواء عالية السرعة ، تحتوي تقنية LTE على نظام ترحيل بيانات ثنائي الطبقة فعال ديناميكيًا والذي يقوم بتنفيذ Hybrid ARQ. يتميز بالحمل المنخفض اللازم لتقديم الملاحظات وإعادة إرسال البيانات ، مع استكمال بروتوكول إعادة المحاولة الانتقائي عالي الموثوقية.
يوفر بروتوكول HARQ لجهاز الاستقبال معلومات زائدة عن الحاجة ، مما يمكّنه من تصحيح أي أخطاء محددة. تؤدي إعادة الإرسال عبر بروتوكول HARQ إلى تكوين وفرة معلومات إضافية ، والتي قد تكون مطلوبة عندما لا تكون إعادة الإرسال كافية لإزالة الأخطاء. يتم إجراء إعادة إرسال الحزم التي لم يتم تصحيحها بواسطة بروتوكول HARQ باستخدامباستخدام بروتوكول ARQ. تعمل شبكات LTE على iPhone وفقًا للمبادئ المذكورة أعلاه.
يتيح لك هذا الحل ضمان الحد الأدنى من التأخير في ترجمة الحزم بأقل عبء ، مع ضمان موثوقية الاتصال. يسمح لك بروتوكول HARQ باكتشاف معظم الأخطاء وتصحيحها ، مما يؤدي إلى استخدام نادر إلى حد ما لبروتوكول ARQ ، حيث يرتبط ذلك بنفقات عامة كبيرة ، فضلاً عن زيادة وقت التأخير أثناء ترجمة الحزمة.
المحطة الأساسية هي عقدة نهائية تدعم كلا من هذين البروتوكولين ، وتوفر ارتباطًا وثيقًا بين طبقات البروتوكولين. من بين المزايا المختلفة لمثل هذه البنية السرعة العالية في التخلص من الأخطاء المتبقية بعد تشغيل HARQ ، فضلاً عن المقدار القابل للتعديل من المعلومات المنقولة باستخدام بروتوكول ARQ.
واجهة راديو LTE ذات أداء عالٍ بسبب مكوناتها الرئيسية. تتيح مرونة استخدام الطيف الراديوي إمكانية استخدام هذا السطح البيني الراديوي مع أي مورد تردد متاح. توفر تقنية LTE عددًا من الميزات التي تتيح الاستخدام الفعال لظروف الاتصال المتغيرة بسرعة. اعتمادًا على حالة الارتباط ، تصدر وظيفة الجدولة أفضل الموارد للمستخدمين. يؤدي استخدام تقنيات الهوائيات المتعددة إلى الحد من خبو الإشارة ، وبمساعدة آليات تكييف القناة ، من الممكن استخدام طرق التشفير وتشكيل الإشارة التي تضمن جودة الاتصال المثلى في ظل ظروف محددة.
